融雪剂对沥青及其混合料性能的影响

（天津城建设计院有限公司，天津市 300073）

0 引言

近年来,在我国的南方和北方地区相继出现了大面积的雨雪天气，当雨雪在路面上累积后，由于极端的低温环境会迅速凝结成冰，导致路面的抗滑性能显著下降，严重危及行车安全。因此，应采用有效的手段快速地除雪化冰以提高雨雪天气的出行能力，保障人车的出行安全。目前，常用的除雪化冰方法主要有人工或机械除冰、采用自融雪路面、撒布融雪剂以及综合性除冰等[1-2]。在以上几种除雪化冰方法中，人工或机械除冰的工作量大且效率较低，自融雪路面的研究尚不成熟且造价较高，在一定时期内很难得到大面积推广应用。而融雪剂则由于价格低廉、融雪效果好得到了广泛的应用[3]，相关研究表明，撒布融雪剂具有良好的融雪化冰效果，使冬季的交通事故率降低了88.3%，显著降低了雨雪天气行车的安全隐患[4]。

然而，大规模的撒布融雪剂给道路周围的环境及结构本身也带来了诸多不利影响，例如公路上很多结构物被腐蚀，道路附近的水体富营养化以及周围的土壤出现盐渍化现象等[5]。目前，关于融雪剂对周围的环境、水泥混凝土及其结构物的影响方面已开展了大量的研究[6-7]，而关于沥青路面方面的研究较少，融雪剂对沥青路面的影响及其作用机理尚未形成统一的认识。因此，该文选择氯化钠、氯化钙和醋酸钠三种不同类型的融雪剂，分别从融雪剂对沥青及其混合料性能的影响方面开展研究，以期为评价融雪剂对沥青路面性能的影响及融雪剂类型的合理选择提供一定的参考依据。

1 原材料及试验方案

1.1 原材料

采用SK70#沥青和SBS改性沥青，两种沥青的性能指标如表1和表2所示。

表1 SK70#基质沥青各性能指标

表2 SBS改性沥青各性能指标

本文中选用的融雪剂为氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）和醋酸钠（CH3COONa）三种，其中三种融雪剂均为天津某化工厂生产的分析纯试剂，外观为白色类结晶或粉末。氯化钠易溶于水和甘油，氯化钙易溶于水和乙醇，醋酸钠易溶于水。

混合料采用玄武岩粗、细集料和石灰岩矿粉，经检验集料和矿粉的各项指标均能满足中国现行技术标准的要求。混合料的级配采用上面层广泛采用的AC-13级配，见表2。采用马歇尔设计法确定混合料中SBS改性沥青混合料的最佳油石比为5.0%。

表2 矿料级配组成

1.2 试验方案

1.2.1 沥青试验

针入度、软化点、延度等常规指标可以从不同侧面反映沥青的性质。本文拟从沥青的三大指标入手，分析不同融雪剂对沥青性能的影响。按照我国相关试验规程，分别进行经过不同融雪剂处理的SK90#沥青和SBS改性沥青的针入度试验（25℃）、软化点试验和延度试验（10℃）。

试验前，先将制备好的针入度、软化点和延度试验的沥青试样分别置于浓度为15%的氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）和醋酸钠（CH3COONa）融雪剂溶液及纯净水中浸泡7d，并设置未经融雪剂溶液浸泡的对比组试样。

1.2.2 沥青混合料试验

在高速公路中上、中面层常采用改性沥青混合料，本文分别从高低温和水稳性能方面研究不同融雪剂对SBS改性沥青混合料性能的影响。

（1）高温性能方面

国产车辙试验是评价不同沥青混合料高温性能差异最常用的试验方法之一。本文中车辙试验的温度为60℃，橡胶轮的轮压为0.7 MPa，行走速率42次/min，以试验结束后试件的车辙深度和动稳定度为评价指标。

（2）低温性能方面

在-10℃条件下以50 mm/min的加载速率开展低温弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。通过传感器采集的试件破坏时的荷载和变形参数计算弯拉应变和抗弯拉强度等指标，以评价不同融雪剂溶液对沥青混合料低温性能的影响。

（3）水稳定性方面

采用冻融劈裂试验评价不同融雪剂溶液对混合料抗水损坏性能的影响。通过测量两组经过不同冻融处理的试件的劈裂强度，并以冻融劈裂强度比即两组试件劈裂强度的比值为评价指标。

在开展沥青混合料的试验前，同沥青试验一样需要采用融雪剂溶液对混合料试件进行处理。分别将沥青混合料车辙板试件、小梁试件和马歇尔试件置于纯水和浓度为15%的氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）和醋酸钠（CH3COONa）融雪剂溶液中浸泡7 d，并设置未经融雪剂溶液侵蚀的对比组试件。

2 融雪剂对沥青性能的影响

分别将经过融雪剂溶液处理的沥青试样进行针入度、软化点和延度试验，结果分别如图1-图3所示。

从图1可以看出，不同融雪剂对沥青的针入度及针入度指数有显著影响。SK70#基质沥青经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，针入度分别下降 8.3%、13.9%、27.4%和18.5%。针入度反映了沥青的稠度，针入度越小，沥青的高温性能越好。SBS改性沥青经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，针入度分别增大5.0%、20.4%、12.7%和18.1%。可见，经过融雪剂的侵蚀后，SBS改性沥青的高温性能下降。从针入度指数指标可以看出，经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，SK70#基质沥青的PI值分别增大-1.7%、5.6%、29.2%、19.7%，SBS改性沥青的 PI值分别减小 80.8%，202%、140.4%、88.5%。针入度指数反映沥青随温度变化情况，几种融雪剂改善了SK70#基质沥青的温度敏感性，但对SBS改性沥青的温度敏感性产生了不利影响。这是因为融雪剂的侵蚀破坏了改性沥青的三维网状结构。在几种融雪剂中，氯化钙对SK70#基质沥青的影响最为显著，醋酸钠次之，氯化钠的影响最小；氯化钠对SBS改性沥青的影响最为显著，其次是醋酸钠和氯化钙。

图1 融雪剂对沥青针入度及针入度指数的影响

图2 融雪剂对沥青软化点的影响

图3 融雪剂对沥青延度的影响

从图2可以看出，融雪剂对SK70#基质沥青和SBS改性沥青的软化点产生了不同趋势的影响。SK70#基质沥青经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，软化点分别增大1.8%、2.6%、6.8%和6.0%，SBS改性沥青的软化点分别下降9.9%、16.4%、11.9%和17.7%。产生这种现象的原因主要是融雪剂的腐蚀破坏了SBS改性剂的某些成分，破坏了改性沥青的网络结构，沥青分子运动时受到的阻碍减小，表现为改性沥青的软化点下降。而融雪剂溶液引起基质沥青发生乳化现象，使得沥青中轻质组分的含量减少，表现为基质沥青的软化点升高，沥青的高温性能得到改善。在几种融雪剂中，氯化钙对SK70#基质沥青高温性能的改善效果最为显著，而氯化钠对SBS改性沥青高温性能的损害最为显著。

从图3可以看出，融雪剂使SK70#基质沥青和SBS改性沥青的延度产生了不同程度的下降。经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，SK70#基质沥青的延度分别下降11.0%、23.0%、47.9%和43.0%，SBS改性沥青的延度分别下降4.7%、20.8%、17.8%和19.1%。可见，在几种融雪剂中，氯化钙对基质沥青延度的不利影响显著，氯化钠对SBS改性沥青延度的下降幅度最大，几种融雪剂均对两种沥青的低温性能产生不利影响。这主要是因为以离子形式存在于沥青中的融雪剂是大颗粒结构，且由于融雪剂的腐蚀，使基质沥青中的软组分硬化，改性沥青中SBS改性剂的网络结构遭到破坏，直接表现为基质沥青和SBS改性沥青的延度下降。同对针入度和软化点的影响类似，氯化钙对SK70#基质沥青低温性能的影响、氯化钠对SBS改性沥青低温性能的影响较为显著。

3 融雪剂对沥青混合料性能的影响

不同融雪剂对SBS改性沥青混合料高、低温及水稳性能的影响见表3。

表3 融雪剂对SBS改性沥青混合料性能的影响

从表3可以看出，不同融雪剂对SBS改性沥青混合料的路用性能产生了显著影响。经过纯水、氯化钠、氯化钙和醋酸钠融雪剂溶液的浸泡后，同对比组试件相比，改性沥青混合料的动稳定度分别下降了6.2%、25.1%、13.6%和18.8%，最大弯拉应变分别下降7.2%、30.0%、17.0%和21.7%，冻融循环前混合料的劈裂强度分别下降6.6%、13.5%、12.8%和11.9%，冻融循环后混合料的劈裂强度分别下降15.8%、46.2%、30.3%和40.0%，混合料的冻融劈裂强度比分别下降9.9%、37.8%、19.9%和31.8%。可见，不同融雪剂对混合料的各项路用性能均造成不利影响，几种融雪剂对混合料高低温及水稳性能不利影响的程度排序为氯化钠＞醋酸钠＞氯化钙，同融雪剂对SBS改性沥青性能影响程度的排序是一致的。分析表中数据发现，在SBS改性沥青混合料的性能中，高温性能和低温性能虽然产生了一定幅度的下降，但动稳定度和最大弯拉应变指标仍能满足规范的要求，水稳定性受融雪剂的影响最为严峻，经过融雪剂的侵蚀后混合料的水稳定性已不能满足规范的要求。

融雪剂的腐蚀降低了SBS改性沥青混合料的高温性能，究其原因是由于融雪剂溶液蒸发后会在混合料内部析出盐类晶体，结晶膨胀会引起混合料内部产生损伤，导致混合料的强度降低；另外，当温度升高后，盐类晶体的融化使得混合料的内膜阻力减小，混合料内部的集料易产生相对位移，表现为混合料的高温稳定性下降。SBS改性沥青混合料的低温性能劣化，主要原因是融雪剂溶液的腐蚀加速了沥青的老化，沥青老化后劲度模量增大，柔韧性和变形能力减弱，同时，盐类晶体的膨胀使得混合料内部产生很多微小裂缝，综合表现为混合料最大弯拉应变值减小。混合料的水稳定性显著下降，这是因为融雪剂溶液具有较大的表面张力，易置换集料表面的沥青，造成沥青膜剥落，导致沥青与集料的粘附性降低；而氯化钠、醋酸钠溶液中的钠离子还会促进沥青的乳化，破坏沥青和集料的粘结，进一步降低了沥青混合料的水稳定性。

4 结论

（1）氯化钠、氯化钙和醋酸钠三种融雪剂均能改善SK70#基质沥青的温度敏感性和高温性能，但对SBS改性沥青的温度敏感性和高温性能不利；几种融雪剂对SK70#基质沥青和SBS改性沥青的低温性能均产生不利影响。

（2）不同融雪剂对SK70#基质沥青性能影响的显著程度排序为氯化钙＞醋酸钠＞氯化钠，不同融雪剂对SBS改性沥青性能影响的显著程度排序为氯化钠＞醋酸钠＞氯化钙。

（3）SBS改性沥青混合料的水稳定性受融雪剂的不利影响为最严峻，融雪剂溶液腐蚀后其水稳定性已不能满足规范要求，而高、低温性能虽然有一定幅度的下降，但仍能满足规范要求。

（4）几种融雪剂对SBS改性沥青混合料高、低温及水稳性能的不利影响的程度排序为氯化钠＞醋酸钠＞氯化钙，建议优先选用氯化钙类融雪剂用于SBS改性沥青路面的融雪化冰。

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[2]查旭东，任旭，傅广文.氯盐融雪剂对SBS改性沥青混合料路用性能的影响分析[J].交通科学与工程，2012,28(1)：6-9.

[3]Hassan Y,Abd El Halim A O,Razaqpur A G,et al.Effects of runway deicers on pavement materials and mixes：comparison with road salt[J].Journal of Transportation Engineering,2002,128(4)：385-391.

[4]冯超.融雪剂对沥青混合料性能影响研究[D].西安：长安大学，2012.

[5]傅广文.融雪剂对沥青及沥青混合料性能影响研究 [D].长沙：长沙理工大学，2010.

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